《機械工程材料》作業(yè)頁解2016

1、第一章 材料的結(jié)構(gòu)與金屬的結(jié)晶1. 解釋下列名詞：變質(zhì)處理P28;細晶強化P14;固溶強化P17。5為什么單晶體具有各向異性 P12,而多晶體在一般情況下不顯示各向異性P13？答：因為單晶體內(nèi)部的原子都按同一規(guī)律同一位向排列，即晶格位向完全一致。而在多晶體的金屬中，每個晶粒相當于一個單晶體， 具有各項異性，但各個晶粒在整塊金屬中的空間位向是任意的, 整個晶體各個方向上的性能則是大量位向各不相同的晶粒性能的均值。6. 在實際金屬中存在哪幾種晶體缺陷P13?它們對力學性能有何影響 P14?答：點缺陷、線缺陷、面缺陷。缺陷的存在對金屬的力學性能、物理性能和化學性能以及塑性變形、擴散、相變等許多過程都

2、有重要影響。7. 金屬結(jié)晶的基本規(guī)律是什么 P25?鑄造(或工業(yè))生產(chǎn)中采用哪些措施細化晶粒？舉例說明。P27P28答：金屬結(jié)晶過程是個形核、長大的過程。(1) 增大過冷度。降低金屬液的澆筑溫度、采用金屬模、水冷模、連續(xù)澆筑等。(2) 變質(zhì)處理。向鋁合金中加入鈦、鋯、硼；在鑄鐵液中加入硅鈣合金等。(3) 振動和攪拌。如機械振動、超聲波振動、電磁攪拌等。第二章金屬的塑性變形與再結(jié)晶1 .解釋下列名詞：加工硬化P40;再結(jié)晶P43 ;纖維組織P3&2指岀下列名詞的主要區(qū)別：重結(jié)晶、再結(jié)晶P43答：再結(jié)晶轉(zhuǎn)變前后的晶格類型沒有發(fā)生變化，故稱為再結(jié)晶；而重結(jié)晶時晶格類型發(fā)生了變化。另外，再結(jié)晶是對冷塑

3、性變形的金屬而言，只有經(jīng)過冷塑性變形的金屬才會發(fā)生再結(jié)晶，沒有經(jīng)過冷塑性變形的金屬不存在再結(jié)晶的問題。5. 為什么常溫下晶粒越細小，不僅強度、硬度越高，而且塑性、韌性也越好？P38答：晶粒愈細，單位體積內(nèi)晶粒數(shù)就愈多， 變形是同樣的變形量可分散到更多的晶粒中發(fā)生，以產(chǎn)生比較均勻的變形，這樣因局部應力集中而引起材料開裂的幾率較小，使材料在斷裂前就有可能承受較大的塑性變形，得到較大的伸長率和具有較高的沖擊載荷抗力。6. 用冷拔銅絲制作導線，冷拔后應如何處理？為什么？P42答：應該利用回復過程對冷拔銅絲進行低溫退火。因為在回復階段，變形金屬的顯微組織沒有明顯變化，纖維狀外形的晶粒仍存在，故金屬的強度

4、、硬度和塑性韌性等力學性能變化不大，某些物理、化學性能恢復，如電阻降低、抗應力腐蝕性能提高等，同時殘留應力顯著降低。7. 已知金屬 W Fe、Cu、鉛Pb的熔點分別為3380C、1538C、1083 C、327C，試估算這些金屬的再結(jié)晶溫度P43oT再& 0.4T熔9. 用一冷拉鋼絲繩（新的、無疵點）吊裝一件大型工件入爐，并隨工件一起被拉到1000C，保溫后再次吊裝工件時，鋼絲繩發(fā)生斷裂，試分析原因。P44答：退火溫度太高，再結(jié)晶速度太快，再結(jié)晶后的晶粒粗大。銅絲的塑性韌性，強度硬度都降低。10. 說明Zn、a -Fe和Cu的塑性不同的原因 P35答：晶體中滑移系越多，金屬發(fā)生滑移的可能性就越

5、大，塑性就越好。面心立方晶格和體心立方晶格的滑移系數(shù)目均為12,但面心立方晶格每個滑移面上有 3個滑移方向，體心立方晶格每個滑移面上有2個，故體心立方晶格金屬Fe的塑性要比面心立方晶格金屬 Cu的差。密排六方晶格金屬 Zn滑移系只有3個，其塑性就更差。15.金屬鑄件能否通過再結(jié)晶退火來細化晶粒？為什么？P43答：不能。再結(jié)晶是對冷塑性變形的金屬而言，只有經(jīng)過冷塑性變形的金屬才會發(fā)生再結(jié)晶，沒有經(jīng)過冷塑性變形的金屬不存在再結(jié)晶的問題。17.經(jīng)過冷拉拔工藝生產(chǎn)的銅導線，在用作架空導線（要求一定的強度）和電燈花導線（要求較軟）時，應分別采用什么樣的最終熱處理工藝？ P42答：用作架空導線時應利用回復

6、過程對冷變形銅導線進行低溫退火，使其在保持加工硬化的條件下，降低其內(nèi)應力和改善某些物理化學性能。用作電燈花導線時，應進行再結(jié)晶處理，使加工硬化現(xiàn)象得到消除，變形儲存能充分釋放，強度硬度顯著降低，塑性韌性明顯提高。外1.加工硬化在生產(chǎn)中的利弊有哪些？答：利（1）強化金屬主要手段之一。（2）提高材料使用的安全性。（3 ）降低金屬的塑性，提高金屬的切削加工性。弊（1）使進一步塑性變形困難。（2）產(chǎn)生殘余應力，可能使加工好的工件變形開裂或應力腐蝕。第四章二元合金相圖1. 解釋下列名詞：相圖P77 ;晶內(nèi)偏析P82。2. 試述固溶強化 P17、加工硬化P40與彌散強化P92的強化原理，并說明三者的區(qū)別。

7、答：固溶強化是通過融入某種溶質(zhì)元素形成固溶體而使金屬強度硬度提高的現(xiàn)象。加工硬化是金屬材料經(jīng)冷塑性變形后，其強度與硬度隨變形程度的增加而提高，而塑性韌性則很快降低的現(xiàn)象。彌散強化是由過飽和固溶體析岀彌散的強化相來強化合金的方法。區(qū)別：固溶強化是融入溶質(zhì)元素，加工硬化是把金屬進行冷塑性變形，彌散強化是從固溶體中析岀次生相。3. 有尺寸和形狀完全相同兩個 Ni-Cu合金鑄件，一個含 Ni10%,另一個含Ni50%,鑄后緩冷，問固態(tài)鑄件中哪個偏析嚴重？ 為什么P93？怎樣消除偏析P82?答：含10%Ni合金鑄件偏析比較嚴重。 有銅鎳相圖可知，10%Ni合金的結(jié)晶溫度區(qū)間范圍大于 50%Ni合金，50

8、%Ni 合金結(jié)晶溫度高。因此，在鑄件自然冷卻過程中，結(jié)晶溫度范圍大的合金，成分變化大，結(jié)晶溫度低的，偏析嚴重。一般采用擴散退火或均勻化退火處理來消除偏析。5. 為什么鑄造合金常選用具有共晶成分或接近共晶成分的合金？用于壓力加工的合金選用何種成分的合金為好？P93答：因為共晶成份的合金結(jié)晶的成分間隔與溫度間隔較小，結(jié)晶的成分間隔與溫度間隔越小， 合金的鑄造性能就越好。壓力加工性能好的合金通常是單相固溶體，因為它強度較低，塑性好，變形均勻且不易開裂。而由兩相混合物組成的合金，由于兩項的強度和塑性不同，變形大時兩相的界面易開裂，特別是組織中存在較多的脆性化合物時，壓力加工性能更差。6. 合金的工藝性

9、能與相圖的關(guān)系有哪些？P93P94、P111答：1,合理的確定溫度2, 可推測合金的鑄造性能3, 指導加壓力加工工藝范圍4, 熱處理工藝：各熱處理加工都要參考合金相圖選擇。可了解合金熱處理可能性。第五章鐵碳合金4. 計算碳含量為3 c0.20%的碳鋼在室溫時珠光體和鐵素體的相對量。P79P109西柑機堀顯命腸的鳥舍t(yī)社紙與合 金尿務星虛戢我*,是陽相性色葩算*6. 已知珠光體的硬度 =180HBS S =20% 鐵素體的硬度=80HBS S =50% 試計算含碳量為3 C0.45%碳鋼的硬度和伸長率。P927. 塊低碳鋼，一塊白口鐵，它們的形狀、大小一樣，請說出有哪些簡便的方法能把它們區(qū)分開來

10、。P110答：(1 )互相刻畫，哪快金屬上留下明顯的畫痕就說明哪塊是低碳鋼，則另一塊就是白口鐵。(2)用錘子砸，變形量大的就是低碳鋼，變形量小的就是白口鐵。9.從流動性、收縮性和偏析傾向考慮，哪種成分的鐵碳合金鑄造性能最好？試分析碳含量為3C0.45%的碳鋼的鑄造性能如何？ P111答：純鐵和共晶成份的鐵碳合金其凝固區(qū)間為零，故它們的流動性好，分散縮孔少，可使縮孔集中在冒口內(nèi)，有可 能得到致密的鑄件。另外，共晶成份合金結(jié)晶溫度較低，流動性也較好，偏析傾向較小。所以共晶成份合金鑄造性能最 好。含碳量為 WC0.45 %的碳鋼作為鑄鋼的鑄造性能并非很好。鑄鋼的凝固區(qū)間較大，因此縮孔就較大，且容易形

11、成分 散縮孔，流動性也較差，化學成份偏析嚴重。10“高碳鋼的質(zhì)量比低碳鋼的好”，這種說法對嗎？碳鋼的質(zhì)量好壞主要按照什么標準確定？P113、P114答：不對。碳鋼的質(zhì)量好壞主要是根據(jù)鋼中所含有害雜質(zhì)S,P元素的多少來分類。含S量高時，易使鋼產(chǎn)生“熱脆”現(xiàn)象。含P量高時，易使鋼產(chǎn)生“冷脆”現(xiàn)象。11. 說明下列材料牌號的含義：Q23515、45P116、T8AP117。答：Q235 :其屈服點值 Reh為235Mpa45:鋼號為45T8A :平均碳含量為WcO.80 %的高級優(yōu)質(zhì)碳素鋼。外1 從倉庫找岀一根積壓的鋼材，經(jīng)金相分析后發(fā)現(xiàn)其組織為珠光體加鐵素體，其中鐵素體占80%問此鋼材的含碳量大約

12、是多少？法一 P109;法二P79。第六章鋼的熱處理1 .解釋下列名詞：冷處理P136;調(diào)質(zhì)處理 P149;鋼的淬硬性 P151。6將5mm的共析碳鋼加熱至 760C，保溫足夠長時間，問采用什么熱處理工藝可得到如下組織：P、S、T+M B下、M+A，在C曲線上畫出各熱處理工藝的冷卻曲線，注明熱處理工藝名稱和所得組織。P138P1398. 某鋼的等溫轉(zhuǎn)變曲線如右圖所示，試說明該鋼在300C，經(jīng)不同時間等溫后按（a）、（b）、（c）線冷卻后得到的組織。P137答：a線冷卻后得到亞共析鋼b線冷卻后得到共析鋼c線冷卻后得到過共析鋼9. 說明45鋼試樣（10mm經(jīng)下列溫度加熱、保溫并在水中冷卻得到的室溫

13、組織：700C、760C、840C、1100C。P143答：700C，因為它沒有達到相變溫度，因此沒有發(fā)生相變，組織為鐵素體和珠光體。760C，它的加熱溫度在 Ac1Ac3之間，因此組織為鐵素體，馬氏體和少量殘余奧氏體。840C，它的加熱溫度在 Ac3以上，加熱時全部轉(zhuǎn)變?yōu)閵W氏體，冷卻后的組織為馬氏體和少量殘余奧氏體。1100C，因為它的加熱溫度過高，加熱時奧氏體晶粒粗化，淬火后得到粗片狀馬氏體和少量殘余奧氏體。10. 有兩個碳含量為3 c1.2%的碳鋼試樣，分別加熱到780C和860 C，并保溫相同時間，使之達到平衡狀態(tài)（其平衡組織分另提A+FeC和A），然后以大于u k的冷卻速度冷至室溫。

14、試問：P143(1) 哪個溫度淬火后馬氏體晶粒粗大？860 C淬火溫度過高加熱時得到的奧氏體粗大，冷卻后得到馬氏體晶粒粗大。(2) 哪個溫度淬火后馬氏體含碳量較多？因為加熱溫度860C已經(jīng)超過了 Accm，此時碳化物全部溶于奧氏體中，奧氏體中含碳量增加，而奧氏體向馬氏體轉(zhuǎn)變是 非擴散性轉(zhuǎn)變，所以冷卻后馬氏體中含碳量增加(3) 哪個溫度淬火后殘留奧氏體較多？因為加熱溫度860C已經(jīng)超過了 Accm，此時碳化物全部溶于奧氏體中，奧氏體中含碳量增加，降低鋼的Ms和Mf點,淬火后殘留奧氏體多。(4) 哪個溫度淬火后未溶碳化物較少？為什么？因為加熱溫度860 C已經(jīng)超過了 Accm，此時碳化物全部溶于奧

15、氏體中，奧氏體中含碳量增加，因此淬火后未溶碳化物較少。(5) 你認為哪個溫度加熱淬火合適？為什么？780C合適，因為含碳量為1.2%的碳鋼屬于過共析鋼，加熱溫度一般為Acl+3050 C，780C在這個范圍內(nèi)，得到的奧氏體晶粒細，淬火后的組織為細小馬氏體，使淬火鋼具有高的硬度、耐磨性，也具有較好的韌性。14. 以下說法是否正確？為什么？(1) 過冷奧氏體的冷卻速度大于u k時，則冷卻速度愈快，冷卻后鋼的硬度愈高；P151不正確，當冷卻速度達到 Vk時，冷卻速度再快組織不發(fā)生任何變化，鋼冷卻后的硬度就不在提高。(2) 鋼中合金元素越多，則淬火后硬度就越高；P151答：錯。硬度取決于鋼的含碳量，和

16、鋼的工作尺寸冷卻介質(zhì)相關(guān)。同一鋼材在相同加熱條件下，水淬比油淬的淬透性好，小件比大件的淬透性好；P152答：正確。同一鋼種，其c曲線是一定的，因此冷卻速度快或工件小容易淬成馬氏體。(4) 冷速愈快，馬氏體轉(zhuǎn)變點 Ms M愈低；P135不正確。因為馬氏體轉(zhuǎn)變點 Ms、Mf的位置與冷卻速度無關(guān)，而與鋼的化學成分有關(guān)，尤其是含碳量。(5) 淬火鋼回火后的性能主要取決于回火后的冷卻速度；P149不正確。淬火鋼回火后的性能主要取決于回火溫度。(6) 為了改善碳素工具鋼的切削加工性，應采用完全退火。P141不正確，要改善工具鋼的切削加工性應采用球化退火。(外1)本質(zhì)細晶粒鋼的晶?？偸潜缺举|(zhì)粗晶粒鋼的晶粒細

17、。P128不正確。溫度低于930C時，本質(zhì)細晶粒比本質(zhì)粗晶粒細。 但溫度高于930 C本質(zhì)細晶粒鋼比本質(zhì)粗晶粒鋼晶粒長大快。15. 45鋼經(jīng)調(diào)質(zhì)處理后硬度為 240HBS若再進行200C回火，能否使其硬度提高？為什么？又45鋼經(jīng)淬火、低溫回火后硬 度為57HRC若再進行560C回火，能否使其硬度降低？為什么？ P149答：1,不能。因為回火溫度越高，硬度下降越多，而調(diào)質(zhì)處理就是淬火+高溫回火，碳化物已經(jīng)析岀，鐵素體回復， 硬度不能提高。2,能。該鋼低溫回火組織是回馬氏體，碳化物還未析出，560 C為高溫回火，可以使硬度降低。外1淬火后的鋼為什么必須經(jīng)過回火處理才能使用？P147回火的目的是什么

18、？ P147答：因為淬火后淬火內(nèi)應力很大，組織中有少量殘余奧氏體，如不經(jīng)過回火直接使用，零件在使用中可能在內(nèi)應力作用下產(chǎn)生變形或開裂，精密零件或密封性零件可能因殘余奧氏體發(fā)生轉(zhuǎn)變而失去精度?；鼗鹉康模?,降低淬火鋼的脆性，減少或消除內(nèi)應力，防止工件變形或開裂；2，使不穩(wěn)定的組織趨于穩(wěn)定，以穩(wěn)定工件的形狀尺寸精度；3，獲得所要求的組織和性能。外2 下列鋼件應采用什么退火方法，并說明退火的目的。 亞共析鋼(3 C=O.35%)鑄造齒輪；P142采用去應力退火。消除鑄件內(nèi)應力，穩(wěn)定尺寸，減少變形。 鍛造后產(chǎn)生過熱組織(晶粒粗大)的亞共析鋼(3 c=0.6%)鍛造毛坯；P141 采用完全退火。獲得近似

19、平衡組織，細化晶粒。(3)具有片狀滲碳體的鋼坯(3 C=1.2%)。P141采用球化退火。降低鋼的硬度，改善切削加工性能。第七章合金鋼1.什么叫合金鋼？ P169按合金元素含量如何分類？P114答：合金鋼是為了提高或改善鋼的力學性能、工藝性能或使鋼具有某些特殊的物理，化學性能，在冶煉時特意往鋼中加入一些合金元素。(1)低合金鋼合金元素總含量Wme 三 5 %(2)中合金鋼合金元素總含量Wme = 5 %10%(3)高合金鋼合金元素總含量Wme 10%2試分析說明鐵素體鋼、奧氏體鋼、萊氏體鋼的形成原因。P126答：某些合金元素的加入會是奧氏體區(qū)縮小，特別是Cr、Si含量高時將限制奧氏體區(qū)，甚至完

20、全消失，使得室溫下只有單相鐵素體組織存在。如高Cr含量的鉻不銹鋼。某些合金元素的加入會使奧氏體相區(qū)擴大，特別是Ni、Mn。當鋼中加入大量這類元素時，甚至可使 A1、A2、Acm線將至室溫一下，從而獲得在室溫下只有單相奧氏體存在的所謂奧氏體鋼。如高 Mn含量的耐磨鋼。大部分合金元素可使Fe-Fe3C相圖中E點左移，因此,含碳量相同的碳鋼和合金鋼具有不同的顯微組織。某些高碳合金鋼中就會岀現(xiàn)萊氏體組織，稱為萊氏體鋼。如高速鋼。4.什么叫第一類、第二類回火脆性P149?其產(chǎn)生原因及防止方法如何？P120 P121答：第一類回火脆性是淬火鋼在250350 C回火時出現(xiàn)的脆性。第二類回火脆性是淬火鋼在50

21、0650 C范圍內(nèi)回火后岀現(xiàn)的脆性。第一類回火脆性與沿馬氏體析岀斷續(xù)的碳化物薄片有關(guān)。為了避免這類脆性，一般不在這個溫度內(nèi)回火。第二類回火脆性產(chǎn)生的原因是由于回火慢冷時鉻、錳等合金元素以及磷、 銻、錫等雜質(zhì)向奧氏體晶界偏聚。防止這類回火脆性的方法，對于截面較小的零件，可自回火溫度加速冷卻。對于較大截面零件，由于中心部分很難快冷，可在鋼中加入適量的鉬、鎢等合金元素。6.指岀下列合金鋼的類別、用途及熱處理工藝：40Cr P176；碳鋼，用于結(jié)構(gòu)件。 850C淬火，500C回火。60Si2Mn P183；硅錳彈簧鋼?？娠@著提高彈性極限和回火穩(wěn)定性。用途：V 彈簧等。噴丸處理，830880C淬火，中溫

22、回火。標準25mm的機車車輛、拖拉機上的板簧、螺旋11001150 C 水淬。1Cr18Ni9Ti P211。18-8型不銹鋼。用于600 C以下的鍋爐及汽車輪機的過熱器管道及構(gòu)件&為什么硬質(zhì)合金采用粉末冶金生產(chǎn)？P213YG8 YT30的成分和用途有何不同？P213答：因為這樣可以使硬質(zhì)合金鋼的硬度很高，熱硬性好，耐磨性優(yōu)良。YG8為含鉆8%、含WC94%的鎢鉆類硬質(zhì)合金鋼。一般用于粗加工或加工表面較粗糙的工件。YT30表示含TiC30%，其他為 WC、Co的鎢鉆鈦類硬質(zhì)合金。用于細加工工件。外1.說明高速鋼的熱處理特點及各階段的目的。P194P196球化退火；退火加熱溫度為860880C持

23、續(xù)4小時，740750C持續(xù)6小時然后爐冷。目的：消除鍛造應力，降低硬度 淬前預熱；800840C預熱，截面尺寸大的工件可進行二次預熱。目的：避免驟然加熱至淬火溫度而產(chǎn)生過大的內(nèi)應力，甚至使刀具變形或開裂。淬火；分級淬火。目的：發(fā)揮高速鋼的強度、硬度、耐磨性、熱硬性。三次回火?；鼗鹑?，每次保溫一小時。消除殘留奧氏體，消除前一次回火產(chǎn)生的內(nèi)應力。外2.鋼的強化機制有哪些？答：固溶強化機制、界面強化、彌散強化、析出強化及細晶強化。第八章鑄鐵1. 鑄鐵分為哪幾類？其最基本的區(qū)別是什么？P219答：一，按石墨化程度分類白口鑄鐵。第一，二，三階段石墨化過程全部被抑制。碳幾乎全部以Fe3C形式存在。灰口鑄鐵。第一，二階段石墨化過程充分進行，碳主要以石墨形式存在，一部分以Fe3C形式存在。麻口鑄鐵。第一階段石墨化過程部分進行，其中一部分碳以石墨存在，一部分以Fe3C存在。二，按石墨形態(tài)分類灰鑄鐵。鑄鐵組織中石墨呈片狀?？慑戣T鐵。鑄鐵中石墨呈團絮狀。球墨鑄鐵。鑄鐵中石墨成球狀。蠕墨鑄鐵。鑄鐵組織中石墨呈短小的蠕蟲狀。2. 影響石墨化的因素有哪些？是怎樣影響的？P217P2